中國古代的深井鉆探技術是怎樣的?在沒有現代技術的情況下,古人是如何打出百米甚至千米的深井的?
中國古代鉆(zhan)探(tan)(tan)技術(shu)始自(zi)鉆(zhan)鑿井鹽。井鹽鉆(zhan)探(tan)(tan)按照生產(chan)技術(shu)發展水平,大體(ti)經歷了3個階段:
① 大(da)口淺井(jing)(jing)階段(公元前(qian) 3~11世紀)。口徑大(da)到二三(san)十丈(zhang)(古長度單位),井(jing)(jing)身淺,每挖(wa)一(yi)井(jing)(jing)投入幾百人,鑿(zao)(zao)(záo )挖(wa)工具(ju)都是(shi)鏟鋤(chú )等農用(yong)工具(ju)。自秦漢至南北(bei)朝,鑿(zao)(zao)(záo )挖(wa)的都是(shi)上土下(xia)石的裸(luo)眼井(jing)(jing);南北(bei)朝至五代,始(shi)用(yong)木(mu)制(zhi)井(jing)(jing)筒護壁。
② 鉆(zhan)探形(xing)成(cheng)階段(1041~1368),亦稱卓(zhuo)(zhuo)筒井(jing)階段。口徑小,一般如碗大(5~9寸),深度自(zi)幾十(shi)丈到百余丈。到北(bei)宋(song)仁(ren)宗慶歷(li)、皇(1041~1054)年(nian)(nian)間已形(xing)成(cheng)較完善的(de)(de)(de)人力沖擊式(shi)鉆(zhan)井(jing)技術(shu)。當(dang)時共(gong)有鹽(yan)井(jing)728口,到南宋(song)紹興二(er)年(nian)(nian)(1132)達(da)到4900余口。鉆(zhan)頭為鐵質圜(huán )刃銼(cuò) ,吸(xi)鹵(lǔ )筒和卓(zhuo)(zhuo)筒(即套管)為鑿(zao)通節隔的(de)(de)(de)楠(nan)竹(zhu)。這是中國古代(dai)鉆(zhan)探技術(shu)的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)階段,也(ye)是中國古代(dai)深井(jing)沖擊式(shi)鉆(zhan)井(jing)技術(shu)逐(zhu)漸(jian)傳入西方(fang)的(de)(de)(de)時期(約11世(shi)紀)。
四川境內地層深處(chu)有食(shi)鹽水.為了(le)把地下食(shi)鹽水取(qu)出(chu)來,古(gu)人發明(ming)了(le)竹(zhu)筒(tong)井(jing)(jing).竹(zhu)筒(tong)井(jing)(jing)被譽(yu)為中(zhong)國古(gu)代第五大(da)發明(ming),如圖甲(jia)所示(shi).竹(zhu)筒(tong)井(jing)(jing)的鉆(zhan)探原理(li)是通過如下圖乙所示(shi)的裝(zhuang)置,使(shi)鉆(zhan)頭一起(qi)一落(luo)上下運(yun)動,連續不斷,即可將(jiang)井(jing)(jing)中(zhong)巖石(shi)(shi)擊碎,然(ran)后(hou)再用專用工具將(jiang)井(jing)(jing)中(zhong)泥(ni)沙、碎石(shi)(shi)取(qu)出(chu),直至打(da)到食(shi)鹽水層.竹(zhu)筒(tong)井(jing)(jing)一般深約100m,井(jing)(jing)口直徑10~12cm,為了(le)防止井(jing)(jing)壁(bi)坍塌,古(gu)人用一種粗如碗口大(da)小的竹(zhu)子,將(jiang)竹(zhu)節淘(tao)空,筒(tong)筒(tong)相連,插入(ru)井(jing)(jing)中(zhong),起(qi)到了(le)固定井(jing)(jing)壁(bi)的作用.取(qu)食(shi)鹽水時,將(jiang)鉆(zhan)頭換成取(qu)水桶(tong),放入(ru)井(jing)(jing)底,將(jiang)食(shi)鹽水裝(zhuang)滿,再扳起(qi)花車,食(shi)鹽水便取(qu)出(chu)來.
③ 深井(jing)(jing)發(fa)展階段(1369~1911)。明(ming)宋應星著《天工(gong)開物》(1637)對鉆(zhan)井(jing)(jing)工(gong)藝有詳(xiang)細的敘述,鑿井(jing)(jing)、打撈、治井(jing)(jing)工(gong)具形(xing)式多樣。鉆(zhan)井(jing)(jing)工(gong)序分為6道:選擇(ze)井(jing)(jing)位和(he)初開井(jing)(jing)口(kou)(kou);下(xia)石(shi)圈(下(xia)石(shi)制(zhi)(zhi)導管(guan));銼(cuò) 大口(kou)(kou);制(zhi)(zhi)木竹(zhu)(制(zhi)(zhi)套管(guan));下(xia)木竹(zhu)(下(xia)木或竹(zhu)套管(guan));鉆(zhan)小口(kou)(kou))和(he)見功。
古代主要鉆鑿工具
古(gu)代主要(yao)(yao)鉆(zhan)鑿工具(ju)為(wei)(wei)魚(yu)尾(wei)銼(cuo)(cuò) 、財(cai)神銼(cuo)(cuò) 等(deng)(deng);主要(yao)(yao)治井(jing)、打撈工具(ju)為(wei)(wei)提(ti)須(xu)子(zi)、柳穿(chuan)魚(yu)、霸王鞭等(deng)(deng);傳遞動力和(he)升降(jiang)銼(cuo)進(jin)工具(ju)用斑竹所制的篾(miè )索,堵漏和(he)補(bu)腔(井(jing))主要(yao)(yao)材料為(wei)(wei)桐油、石灰。鉆(zhan)進(jin)一(yi)口三(san)百丈左右(you)的井(jing)一(yi)般(ban)要(yao)(yao)四、五年(nian)。
中(zhong)國古代的沖擊鉆井技術(shu)
人(ren)工挖坑、鑿井(jing),深度很(hen)有限。后來(lai)發明了用(yong)簡單的(de)機械,用(yong)沖擊的(de)原理來(lai)打井(jing)。這就是頓鉆(zhan)的(de)開始。這種沒有動(dong)(dong)力機,靠人(ren)力或(huo)畜力來(lai)帶動(dong)(dong)的(de)鉆(zhan)井(jing)技(ji)術,其發源地(di)在(zai)中(zhong)(zhong)國。世界著(zhu)名科技(ji)史(shi)學家李(li)約瑟,在(zai)他所著(zhu)的(de)《中(zhong)(zhong)國科學技(ji)術史(shi)》中(zhong)(zhong)這樣寫道:“今(jin)天在(zai)勘(kan)探油田時所用(yong)的(de)這種鉆(zhan)探井(jing)或(huo)鑿井(jing)的(de)技(ji)術,肯定是中(zhong)(zhong)國人(ren)的(de)發明”。
大(da)約(yue)北宋中(zhong)(zhong)期開始(大(da)約(yue)公元(yuan)1041一(yi)1048年間),我國(guo)出(chu)現了(le)(le)人(ren)力(li)沖擊(ji)鉆進的(de)(de)簡單(dan)機械,用(yong)它(ta)來鉆“卓筒井(jing)(jing)(jing)”。著(zhu)名文學(xue)家(jia)蘇(su)東(dong)坡寫的(de)(de)《東(dong)坡志(zhi)林》一(yi)書中(zhong)(zhong)記述:“自(zi)慶(qing)歷(li)(公元(yuan)1041--1048年)、皇佑(1049--1050年)以來蜀(shu)始創卓筒井(jing)(jing)(jing),用(yong)圓刀鑿如碗大(da),深者數十丈。以巨竹去節(jie),牝牡相銜為井(jing)(jing)(jing)”。也就(jiu)是說,這種(zhong)沖擊(ji)鑿成的(de)(de)井(jing)(jing)(jing)里,下入了(le)(le)用(yong)竹子一(yi)節(jie)一(yi)節(jie)連(lian)接(jie)起來的(de)(de)套(tao)管(guan)。為了(le)(le)在鑿井(jing)(jing)(jing)過程(cheng)中(zhong)(zhong)把(ba)井(jing)(jing)(jing)下的(de)(de)巖屑(xie)取上(shang)來,出(chu)鹵水(shui)后(hou)(hou)把(ba)鹵水(shui)提撈上(shang)來,發明了(le)(le)“削(xue)泥(ni)筒”,實際上(shang)是一(yi)種(zhong)底部有單(dan)流閥的(de)(de)提撈筒。這種(zhong)簡易的(de)(de)沖擊(ji)鉆井(jing)(jing)(jing)設備,用(yong)人(ren)力(li)來推動絞車,把(ba)鉆頭(tou)或削(xue)泥(ni)筒提上(shang)來。《元(yuan)一(yi)統志(zhi)》記載,“五代(dai)(dai)以前,科丁充役(yi),后(hou)(hou)以刑徒推車汲水(shui),熏煎甚苦”。即(ji)五代(dai)(dai)以前,抓壯(zhuang)丁去服(fu)勞役(yi),后(hou)(hou)來代(dai)(dai)之(zhi)以服(fu)刑犯(fan)人(ren)去干這種(zhong)重體力(li)活。
大約(yue)在(zai)1253年左(zuo)右(you)出(chu)現了用畜力(li)代(dai)替人力(li)推動(dong)絞(jiao)車的“沖(chong)擊鉆機”,(《元一統志(zhi)》說,皇佑五年(公元1253年)知州事桑(sang)愈改以牛具推車取(qu)水。
到了(le)明代(dai)(dai)、清(qing)代(dai)(dai),中國(guo)的頓鉆技術(shu)已(yi)經相(xiang)當完善和成熟。清(qing)代(dai)(dai)嘉慶、道光年(nian)間(公元(yuan)1820年(nian)前(qian)后),我國(guo)四川(chuan)的鉆井深度已(yi)經達到三四百丈,即1000米左右。
明朝宋應星(xing)所著《天(tian)工(gong)開物》一書,記載了那時(shi)鑿鹽井用的沖擊鉆(zhan)頭(tou),“冶鐵錐(zhui)如碓,嘴形其尖,使極剛利,向石山舂鑿成孔(kong)”。懸(xuan)掛鉆(zhan)頭(tou)“鐵錐(zhui)”的是“破(po)竹(zhu)纏繩夾(jia)懸(xuan)此(ci)錐(zhui)”,即用竹(zhu)絲編成的竹(zhu)繩來懸(xuan)掛鐵錐(zhui)。
清朝出版的《四(si)(si)川鹽(yan)法志》,是一(yi)部鉆井(jing)技術專(zhuan)著,詳盡地記述了18世紀四(si)(si)川沖擊鉆井(jing)的工藝和工具。
沖擊鉆井工(gong)藝(yi)分為7個步驟(zou):
(1)開(kai)井(jing)口,在頓鉆開(kai)始鉆井(jing)眼之(zhi)前,先在井(jing)位上(shang)挖(wa)一(yi)個坑。坑上(shang)口直徑約3尺(1米),“淺或(huo)丈許,深或(huo)數丈,見石底為止”。就(jiu)是說,這個井(jing)口坑要挖(wa)到堅硬地層為止。
(2)下石圈(quan),石圈(quan)是(shi)中間鑿(zao)了圓洞的(de)方石塊,圈(quan)洞直(zhi)徑(jing)約8~9寸(約2.4~2.7厘米),比鉆頭(tou)直(zhi)徑(jing)大。要(yao)在(zai)(zai)井(jing)口(kou)坑(keng)里(li)疊放十(shi)幾(ji)(ji)塊或(huo)幾(ji)(ji)十(shi)塊這種石圈(quan),如同現在(zai)(zai)的(de)鉆井(jing)下表層套管,目的(de)是(shi)防止松(song)散地層井(jing)壁坍塌。
(3)銼(cuo)大口,就(jiu)是(shi)用(yong)大直(zhi)(zhi)徑的(de)(de)鉆頭沖(chong)擊(ji)鉆進。“鉆機”包括“踩架”——建在(zai)井(jing)(jing)口的(de)(de)木(mu)架,前面兩根木(mu)柱構成(cheng)井(jing)(jing)架。井(jing)(jing)架頂上有(you)“花滾(gun)子”,即天車滑輪。踩架上架設一長板(ban)叫(jiao)碓板(ban),有(you)如蹺(qiao)蹺(qiao)板(ban)。它(ta)的(de)(de)前頭懸(xuan)掛(gua)著“銼(cuo)”,就(jiu)是(shi)“鉆頭”;另一頭由人站(zhan)在(zai)上面踩。踩下去(qu)時(shi),木(mu)板(ban)那一頭翹起(qi),鉆頭提起(qi)來(lai),人一放松,木(mu)板(ban)前頭靠鉆頭重量往(wang)下落,鉆頭沖(chong)擊(ji)井(jing)(jing)底。井(jing)(jing)淺時(shi)由兩人操作,井(jing)(jing)深(shen)時(shi)要(yao)三四人操作。有(you)一個工匠站(zhan)在(zai)井(jing)(jing)El,不斷地轉動下落的(de)(de)“銼(cuo)”,使井(jing)(jing)眼圓直(zhi)(zhi)。懸(xuan)掛(gua)“銼(cuo)”和扇泥筒都是(shi)竹篾編的(de)(de)索。
(4)下木(mu)(mu)竹(zhu),就(jiu)是(shi)下套管。如(ru)果(guo)鉆(zhan)遇出水地層,就(jiu)要把木(mu)(mu)頭(tou)或竹(zhu)子做成中空的“木(mu)(mu)竹(zhu)”下到井(jing)底,保(bao)護(hu)井(jing)壁。木(mu)(mu)制的“木(mu)(mu)竹(zhu)”,用(yong)(yong)的是(shi)柏木(mu)(mu)挖空的兩半,外面用(yong)(yong)布(bu)、麻等纏裹起來,用(yong)(yong)桐油拌石灰(hui)加以密封,兩根“木(mu)(mu)竹(zhu)”用(yong)(yong)榫頭(tou)連接(jie),也是(shi)用(yong)(yong)麻、布(bu)和桐油緊(jin)裹和密封。
(5)扇泥,就(jiu)是把(ba)井筒(tong)里的(de)巖屑撈取出(chu)來(lai)(lai)。這一(yi)工具稱為扇泥筒(tong)。這是一(yi)根l丈(3米(mi))來(lai)(lai)長的(de)中空竹筒(tong),上(shang)頭懸(xuan)掛在竹繩上(shang),筒(tong)底(di)系一(yi)塊皮(pi)錢,其作用有如單流閥。下(xia)人井底(di)時(shi)皮(pi)錢往(wang)上(shang)頂起,泥水同巖屑進(jin)入扇泥筒(tong)內。往(wang)上(shang)提起時(shi),皮(pi)錢下(xia)落,正好堵住筒(tong)底(di),巖屑被提到地面上(shang)來(lai)(lai)。
(6)銼(cuo)小(xiao)口,就(jiu)是(shi)下了(le)套管(“木竹”)后,換一個比木竹內(nei)徑小(xiao)的鉆頭(“銼(cuo)”)繼(ji)續鉆進。此時(shi)鉆成的井眼(yan)比原(yuan)來的小(xiao)。
(7)見(jian)功,也就是完(wan)鉆(zhan)。鉆(zhan)井(jing)過程(cheng)中,鉆(zhan)開(kai)了目的層,出了油,出了天然氣或出了鹵水(shui),都算“見(jian)功”。
這(zhe)種鉆(zhan)井,速度非常慢,有的一口井要(yao)鉆(zhan)許多年(nian)。
為了(le)鉆井,人(ren)們創造出了(le)多(duo)種(zhong)多(duo)樣的井下工具。
首先是“銼(cuo)”——鉆頭。《四川(chuan)鹽(yan)法志》上介紹了5種(zhong)鉆頭。一種(zhong)叫魚(yu)尾(wei)銼(cuo),是鉆大(da)井眼用(yong)(yong)的;一種(zhong)叫銀(yin)錠銼(cuo),是鉆小(xiao)井眼用(yong)(yong)的;一種(zhong)叫財神銼(cuo),是遇到(dao)井下坍塌,處理復雜情況時(shi)用(yong)(yong)的;還(huan)有(you)一種(zhong)叫馬蹄銼(cuo),是井眼失圓(yuan),或井眼里有(you)了卵石不易搗(dao)碎時(shi)用(yong)(yong)的。
有(you)一種工具(ju)叫“梃子”,是對鉆(zhan)頭(tou)起加重作用(yong)的(de),就如同現今(jin)鉆(zhan)井用(yong)的(de)鉆(zhan)鋌。
有形(xing)形(xing)色色的(de)(de)打撈工具(ju)。井(jing)深了,而且以前沒有鋼絲(si)繩,用(yong)的(de)(de)是竹篾(mie)繩,篾(mie)索斷落,鉆頭失落,井(jing)壁(bi)坍(tan)塌,使鉆頭被卡死等(deng),事故是常(chang)常(chang)發生(sheng)的(de)(de)。(《四川(chuan)鹽法志》中載有20多種工具(ju),都(dou)有圖畫。打撈篾(mie)索的(de)(de)“提須(xu)子(zi)”,連(lian)同“提須(xu)刀(dao)”、“穿魚(yu)刀(dao)”、“雙(shuang)刀(dao)”、“夾簽(qian)子(zi)”等(deng)。井(jing)下有砂堵,要(yao)用(yong)“柳穿魚(yu)”、“霸王鞭”、“二水鑷子(zi)”等(deng)。井(jing)底有篾(mie)渣、麻筋等(deng)東西(xi),就用(yong)“平(ping)頭提須(xu)”、“一皮(pi)革(ge)”、“松球子(zi)”、“五股(gu)須(xu)”等(deng)。打撈鉆頭或其他(ta)鐵件時,用(yong)“筍殼瓦(wa)口(kou)”、“拐腳瓦(wa)口(kou)”、“偏(pian)尖”、“木龍”、“系子(zi)”,等(deng)等(deng)。
如果井(jing)(jing)(jing)(jing)眼(yan)不圓、不直,井(jing)(jing)(jing)(jing)壁坍塌等,需要修補井(jing)(jing)(jing)(jing)眼(yan),((四川鹽(yan)法(fa)志》也介紹了一整(zheng)套工藝方法(fa)和工具。井(jing)(jing)(jing)(jing)眼(yan)不圓要修井(jing)(jing)(jing)(jing),可用(yong)“蛇(she)皮”;修補井(jing)(jing)(jing)(jing)眼(yan)坍塌部分,形成了“大(da)肚子”,要用(yong)“獨腳棒”。判斷(duan)出水(shui)層,要用(yong)“木孩兒(er)”或“泥孩兒(er)”。
正是這一整(zheng)套(tao)工藝(yi)和工具,加上匠人(ren)(ren)的(de)技藝(yi),保(bao)證了四川自流井(jing)(jing)氣田鉆成了許(xu)多口幾百米(mi)(mi)乃至上千(qian)(qian)米(mi)(mi)的(de)氣井(jing)(jing)。兩千(qian)(qian)多年(nian)來,四川用這種方法(fa)鉆了13萬多口鹽鹵井(jing)(jing)和天(tian)然氣井(jing)(jing),其中僅(jin)自貢地區(qu)就有13000多口。1750年(nian)前后,自貢地區(qu)的(de)井(jing)(jing)一般深(shen)(shen)(shen)300~400米(mi)(mi)。1815年(nian)的(de)桂炶井(jing)(jing),井(jing)(jing)深(shen)(shen)(shen)已達(da)798米(mi)(mi),逼近(jin)800米(mi)(mi),而1835年(nian)鉆成的(de)海井(jing)(jing),井(jing)(jing)深(shen)(shen)(shen)1001.42米(mi)(mi),這是世界上第一1:3千(qian)(qian)米(mi)(mi)深(shen)(shen)(shen)井(jing)(jing)。這El井(jing)(jing)現在還保(bao)存(cun)著供人(ren)(ren)參(can)觀(guan)。
文獻記載
早在《天(tian)工開物》里,宋應星把鹽分為六類:海鹽、池鹽、井鹽、土鹽、崖鹽和沙石鹽。鹽官鎮所產的(de)鹽即為井鹽。
歐(ou)洲關于中國鉆井技術(shu)的(de)最早的(de)完整記述(shu)是一(yi)個(ge)名叫英伯特(te)(Imbert)的(de)法國外交人員于公元1828年(nian)寫(xie)的(de)書信(xin)。英伯特(te)說,他親眼(yan)看(kan)到中國人用巨大(da)的(de)輪子(zi)提(ti)取出一(yi)桶(tong)桶(tong)鹽水(shui),輪子(zi)周長12米(mi),轉(zhuan)動50圈,這(zhe)就是說確實達(da)到了610米(mi)的(de)深度(du)。
深井(jing)鉆鑿(zao)工藝(yi)發展到明清(qing)時(shi)期(qi)已日趨(qu)完善,清(qing)道光年間(1835), 四川自貢(gong)(gong)著名的(de)海(hai)井(jing)鉆鑿(zao)成功 (見彩圖[自貢(gong)(gong)鹽場的(de)海(hai)井(jing),1835年用人力沖擊式頓鉆法鑿(zao)深達1001.42米(mi),是中國(guo)也是世界上第一口超過千米(mi)的(de)深井(jing)]),井(jing)深1001.4米(mi),創造(zao)了(le)當時(shi)中國(guo)以及(ji)世界鹽井(jing)井(jing)深的(de)最(zui)高紀錄(lu)。
石油天然氣鉆探
中(zhong)國古代勞動人(ren)民遠在(zai)(zai)漢末(mo)、晉初(200~300)年(nian)間(jian),在(zai)(zai)四川邛州(zhou)一(yi)(yi)帶(dai)鉆成了天然(ran)氣井,左思(約(yue)250~305)在(zai)(zai)《蜀(shu)都賦》中(zhong)描述其景象為“火(huo)井沉熒于(yu)幽泉,高(gao)焰飛煽于(yu)天垂(chui)”。西(xi)晉張華(hua)著《博物志(zhi)》中(zhong)記(ji)(ji)述“臨(lin)邛火(huo)井一(yi)(yi)所,從(縱(zong))廣五尺(chi),深(shen)(shen)二、三(san)(san)丈”。即現(xian)今四川邛徠地方有一(yi)(yi)口(kou)氣井,是人(ren)工挖成的(de)(de),上口(kou)寬約(yue)1.6米(mi),深(shen)(shen)約(yue)10米(mi)。而《太平(ping)廣記(ji)(ji)》記(ji)(ji)述的(de)(de)“陵(ling)州(zhou)鹽井”,“周圍(wei)四丈,深(shen)(shen)五百四十(shi)尺(chi)”,按三(san)(san)尺(chi)為一(yi)(yi)米(mi)計(ji)算(suan),已(yi)經深(shen)(shen)達(da)180米(mi)左右了。而且說,坑壁用木材作井欄框架(jia),以支撐保(bao)護井壁,防止(zhi)坍(tan)塌。隋朝(589)在(zai)(zai)邛州(zhou)設立(li)大(da)井縣,發現(xian)了石油。據明代《蜀(shu)中(zhong)廣記(ji)(ji)》記(ji)(ji)載(zai),1521年(nian)(明正德年(nian)間(jian)),中(zhong)國第一(yi)(yi)口(kou)油井在(zai)(zai)四川嘉州(zhou)用鉆鑿鹽井器具鉆成;1840年(nian),四川自流井地區鉆成深(shen)(shen)達(da)1200米(mi)的(de)(de)天然(ran)氣井磨子井。近(jin)代使用動力機械鉆探(tan)石油始(shi)于(yu)1907年(nian)(清光緒三(san)(san)十(shi)三(san)(san)年(nian))。
中國(guo)古(gu)代鉆探技術發展歷程
公元前(qian)1世紀(ji),中國人為了找鹽(yan)發(fa)(fa)明了深井鉆(zhan)(zhan)探(tan)技(ji)(ji)術(shu)(shu),并能夠用這種方(fang)法打出1643米(mi)深的(de)(de)井。今天用于開采石油與天然氣的(de)(de)深井鉆(zhan)(zhan)探(tan)技(ji)(ji)術(shu)(shu)就是從(cong)中國人這些技(ji)(ji)術(shu)(shu)中發(fa)(fa)展起來的(de)(de)。從(cong)公元1世紀(ji)中國古墓中出土物的(de)(de)拓本(ben),可(ke)以(yi)看到(dao)鉆(zhan)(zhan)井取鹽(yan)水的(de)(de)場景。
我國古代(dai)通過(guo)頓(dun)鉆(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)方式鉆(zhan)(zhan)井,大(da)(da)約處(chu)于春(chun)秋戰國到(dao)唐朝這一時期(qi)。隨著冶鐵業的(de)(de)(de)發(fa)展,勞動工(gong)具(ju)的(de)(de)(de)不斷改進(jin),特別是(shi)機(ji)械生(sheng)產工(gong)具(ju),如(ru)滑輪、杠桿(秸(jie)槔)、水(shui)碓等的(de)(de)(de)發(fa)明(ming)與應(ying)用,大(da)(da)大(da)(da)促進(jin)了鉆(zhan)(zhan)井工(gong)具(ju)與技術的(de)(de)(de)發(fa)展,出現(xian)了頓(dun)鉆(zhan)(zhan)鉆(zhan)(zhan)井技術,地下鹽鹵資源的(de)(de)(de)發(fa)現(xian)和利用又刺激了鑿井技術的(de)(de)(de)發(fa)展。
歷(li)史上(shang)組織(zhi)(zhi)大規模鑿井的(de)元勛(xun)是(shi)李冰,距今(jin)2200多年前的(de)四(si)川行政長官李冰是(shi)一(yi)個上(shang)知(zhi)天文、下(xia)曉(xiao)地理、精(jing)通(tong)水利、長于(yu)鉆(zhan)井的(de)蜀守(shou)。他不(bu)但組織(zhi)(zhi)人民(min)修建了舉世聞名的(de)都江堰水利工程,還在今(jin)天成都附(fu)近的(de)雙流一(yi)帶(dai)成功地使用(yong)頓鉆(zhan)鉆(zhan)井技術廣開(kai)鹽(yan)井,促進了四(si)川經濟的(de)發(fa)展,為四(si)川成為天府之國(guo)起了推動作用(yong)。
最初的頓鉆設備(bei)主要由踩(cai)架(jia)和(he)井(jing)架(jia)組成(cheng)。踩(cai)架(jia)上有(you)(you)(you)碓(dui)板(ban)。碓(dui)板(ban)一(yi)端懸掛(gua)著鉆頭(tou),鉆頭(tou)是直接鉆鑿巖石的工(gong)具,碓(dui)板(ban)另(ling)一(yi)端供人(ren)踩(cai)踏,使鉆頭(tou)反復(fu)上提(ti)、下頓,產(chan)生沖擊運動。井(jing)架(jia)是用來提(ti)、撈、吊、升的支架(jia),有(you)(you)(you)兩種(zhong)形式:一(yi)種(zhong)是四腿塔式的,一(yi)種(zhong)和(he)“A”式很相似。井(jing)架(jia)的頂部橫梁上裝有(you)(you)(you)滑輪,也就(jiu)是天車。
清(qing)除井下(xia)鑿碎的(de)巖石(即巖屑)的(de)撈砂筒或汲取井中液體的(de)提撈筒,就是由(you)穿過天車滑輪的(de)繩索(suo)提升、下(xia)降的(de)。頓鉆鉆井技術由(you)于采用了(le)機械,與挖掘井相比(bi),具有省力、鉆進速度快(kuai)以及能夠鉆鑿較深的(de)井等優點,可(ke)以稱為鉆井史上的(de)一次重大(da)轉折(zhe)。
到了唐代,鉆(zhan)井中開始使用立(li)(li)軸(zhou)式的(de)(de)大絞盤車,也就(jiu)是立(li)(li)軸(zhou)滾(gun)筒(tong)(tong)。絞盤車上的(de)(de)滾(gun)筒(tong)(tong)上可供纏繞較(jiao)長的(de)(de)繩索。這(zhe)種供提撈(lao)(lao)用的(de)(de)繩索,一(yi)端(duan)固(gu)定(ding)在滾(gun)筒(tong)(tong)上,另一(yi)端(duan)穿過(guo)井架頂部(bu)的(de)(de)天車滑輪(lun)而將懸掛的(de)(de)打撈(lao)(lao)筒(tong)(tong)或撈(lao)(lao)砂筒(tong)(tong)下入井內。因此,清(qing)除巖屑和汲取鹵(lu)水的(de)(de)深度都大大增加。
頓鉆大口井(jing)的(de)代表(biao)是(shi)陵井(jing),陵井(jing)是(shi)后漢(han)張道(dao)陵即張天師組(zu)織人(ren)民開鑿的(de),一直使用(yong)了數百年。宋人(ren)沈括(kuo)在(zai)《夢溪筆談(tan)》中(zhong)寫道(dao):“陵州鹽井(jing)深五百余尺,皆石也,上下甚寬廣,獨中(zhong)間(jian)稍狹,謂(wei)之杖鼓(gu)腰,舊自井(jing)底用(yong)柏木為干,上出井(jing)口,自木干垂(chui)綆(geng)而(er)下,方能至(zhi)水(shui),井(jing)側設(she)大車絞之。”
據記載,陵井“周回四(si)丈”,可見當(dang)時(shi)的(de)鹽井是比較大的(de),井的(de)深度(du)也比較深。陵州的(de)鹽井當(dang)時(shi)已用楠木、柏木做(zuo)井欄框(kuang)架,以(yi)支撐保護井壁,防止坍(tan)塌,而這也就是比較原(yuan)始的(de)固井技術(shu)。
其(qi)中最(zui)(zui)有代表性的還是燊海井(jing)。最(zui)(zui)令(ling)人引以(yi)自豪的,是這口被稱作世(shi)界上第一口最(zui)(zui)早由人工鉆(zhan)鑿的超千(qian)米深井(jing)。它(ta)在鉆(zhan)井(jing)技術(shu)之(zhi)上,堪稱世(shi)界之(zhi)最(zui)(zui)。
這(zhe)口(kou)(kou)井(jing)(jing)坐落(luo)在(zai)大(da)安區阮家(jia)壩(ba)山下,占(zhan)地面積3畝,井(jing)(jing)位海拔341.4米(mi)(mi),處在(zai)一口(kou)(kou)叫做長堰塘(tang)的堰塘(tang)旁(pang)邊。該井(jing)(jing)開鉆(zhan)于(yu)清代道光十五年(nian)(nian)(公元1835年(nian)(nian)),歷時(shi)3年(nian)(nian),方(fang)始鑿成(cheng)。井(jing)(jing)深1001.42米(mi)(mi),既產鹵(lu),又產氣(qi)。當時(shi),鹵(lu)水自噴量(liang)每日約14立方(fang)米(mi)(mi),并且(qie)能(neng)日產4800-8000立方(fang)米(mi)(mi)天然氣(qi),可供14噸鹽的燃(ran)燒(shao)。據有關資料記載,當 海井(jing)(jing)鉆(zhan)成(cheng)11年(nian)(nian)后,俄國的謝苗諾夫都(dou)于(yu)1846年(nian)(nian)鉆(zhan)成(cheng)了口(kou)(kou)淺井(jing)(jing),采出少量(liang)井(jing)(jing)油。再過13年(nian)(nian)之后,美國的狄拉(la)克才于(yu)1859年(nian)(nian)8月,鉆(zhan)成(cheng)一口(kou)(kou)21.69米(mi)(mi)深的井(jing)(jing),而(er)且(qie)只從井(jing)(jing)里采出1.8噸多的井(jing)(jing)油。由此看來,中華民(min)族不(bu)僅是一個(ge)勤勞(lao)勇敢的民(min)族,而(er)且(qie)具有昭著于(yu)世(shi)界的聰明才智。